空間信息與數字技術專業復合創新型人才培養研究

張冬梅 王媛妮

摘要：空間信息與數字技術專業是一個新興專業，結合學校的優勢學科，以地質信息復合創新型人才為培養目標，按基礎、實踐、創新“三位一體”的人才培養模式，本文就復合型人才培養、專業培養方案制訂、課程體系優化、教學方法改革、一體化實踐教學、創新人才培養模式等方面做了相應的探討和實踐。相關工作將對復合型人才培養模式有一定的示范作用。

關鍵詞：空間信息與數字技術；復合創新型；培養模式

中圖分類號：G645 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）24-0157-02

2014年中國地質大學（武漢）計算機學院開辦的空間信息與數字技術本科專業成功通過教育部審批。該專業作為獨立的二級學科列入教育部新專業目錄（080908T），隸屬于計算機一級學科（0812）。目前國內已有武漢大學、西安電子科技大學等多所院校開設該專業，各校依托優勢學科，分別側重于測繪、深空探測等領域的空間信息機理研究及應用，人才培養各具特色[1，2]。

我校開辦的空間信息與數字技術專業依托地質資源與地質工程、地質學等國家重點學科，以培養地質信息技術復合創新型人才為目標，近年來在學生復合和創新能力培養模式、教學方法改革、課程體系建設和實踐體系構建等方面進行了一系列深入地研究與探討。

一、多學科復合的人才培養方案

按照基礎、實踐、創新“三位一體”的人才培養模式，要求學科面寬、基礎扎實、專業特色鮮明。廣泛調研各校教學計劃并結合本校地學特色整體規劃課程體系和人才培養方案。

我校的空間信息與數字技術專業主要側重于地礦勘查（察）的空間信息機理研究及相關軟件開發應用[3，4]。在夯實計算機技術基礎上，構建“專業基礎課”—“專業主干課”—“專業核心課”的課程體系，注重計算機技術、空間信息技術、地質學與資源勘查學和地質信息技術等學科知識的有機融合。圍繞《地質信息系統》和《地學三維可視化與過程模擬》兩門核心課程配備專業主干課程，開設《空間數據庫原理》、《地理信息系統》、《空間建模與數據分析》和《遙感地質學》及地質類系列課程，從地質數據采集、管理、處理、建模、可視化及評價等不同角度構建地質信息處理專業知識體系。在夯實地學基礎的同時強化計算機開發能力培養，并突出地質信息技術應用特色。

二、優化課程體系，改革教學方法

按復合人才培養目標，要求學生掌握地質、計算機、空間信息技術等方面知識，存在課程多、課時少的矛盾，需通過不斷優化課程體系、改革教學方法提高課堂效率，為此在專業建設中采取以下措施。

1.優化課程體系。在強調知識系統性的同時，進一步明確各主干課在專業培養方案中的定位、目標，梳理課程間的銜接關系，重新就部分重疊的教學內容進行課程歸屬，局部調整學時。比如數據庫方面開設了《空間數據庫原理》以及《Oracle數據庫技術》、《數據倉庫》兩門選修課。其中《空間數據庫原理》與《Oracle數據庫技術》部分內容有重疊，調整后數據庫的基礎原理部分放在空間數據庫原理，SQL語言適當提前講解。針對幾門課使用的數據庫工具不統一的問題，統一設定為Oracle，有利于學生熟練掌握一個工具。同樣對于《空間數據庫原理》與《地理信息系統》，空間數據模型中三種空間關系內容重點放在《地理信息系統》課程中講解，《空間數據庫原理》只重點講述TIN和DEM的存儲管理，等等類似調整工作較好實現了課程間的融會貫通。

2.教學方法改革。在優化課程內容的同時，引進先進的教學方法和手段是提高教學質量和學生學習能力的關鍵，實現知行合一。根據不同課程的特點，采取了基于PBL問題式學習、案例教學、項目教學等多種教學方法，通過慕課、導師制等教學手段，培養學生自主學習能力，提高教學效果。如編譯原理課程學習采取“以學生為主體、以問題為中心”的PBL自主學習方式[5]。通過提問或給出小項目等方式引導學生在課前查閱相關資料，小組討論，集體合作完成；課堂上學生主講，提高學生解決問題的能力。面向對象程序設計課程采取“案例教學法”，在整理知識點的基礎上設計經典案例庫，以例題的形式貫穿各知識點。這些有針對性的教學方法改革，取得了一定的效果。

三、一體化實踐教學環節

在強化課堂教學，加強課程間融會貫通的基礎上，在實踐教學環節上，構筑由課程實驗、課程設計、綜合設計、專業實習等組成的實踐教學體系，培養學生工程思維和獨立解決問題能力。

1.課程實驗。通過前三年專業及基礎教學要求學生能夠獨立完成綜合性、設計性實驗，如一個較為完整的地質信息系統。根據該教學目標，統一部署了各門課的實踐教學內容，注意實踐內容的層次，加強課程間的銜接。如計算機圖形學課程加強OpenGL三維圖形編程框架、基本語法以及圖形繪制和變換方法等教學內容的實踐，為后續課程《地學三維可視化與仿真》能夠直接采用OpenGL實現三維可視化場景服務。但大量的OpenGL API函數調用，要求前導課程《面向對象程序設計》加強Windows程序內部運行機制和繪圖的講解，能夠應用Windows API函數進行編程。《地學三維可視化與仿真》、《地質信息系統》等課程則采取項目引導的實驗教學，統一采取QuantyView二維、三維教學版實驗平臺進行二次開發實習。

2.專業實習。為實現地質與計算機技術復合型人才培養，專業實習方面采取室內教學與野外地質實習相結合的培養方式。其中第5學期在野外實習基地安排4周地質教學實習，第7學期安排4周的應用開發實習，以突出地學特色，培養學生綜合素質和解決實際問題的能力。

（1）基于CDIO項目驅動的應用開發實習。應用開發實習是全部專業課程結束后的一次綜合實習，基于CDIO的核心理念，采取模擬項目的方式，按軟件工程流程，開發一個實際的地學開發項目，充分融合專業技術和實踐[6]。在開發的過程中，教師扮演甲方，提供數據支持、技術顧問；3～5個學生組成項目研發小組，完成需求分析，設計、開發、測試等工作；整個實習對項目組織三次評審，對原型設計、文檔書寫、匯報、團隊協作等環節進行評分，綜合評定學生的能力。實習期間，組織學生參觀相關企事業單位，了解地質信息化工作流程。

（2）野外地質實習。為夯實學生的地質基礎，專業學習前兩年開設了《普通地質學》、《礦物巖石學》、《地層學原理與方法》、《構造地質學》及《測量學》等課程。第5學期在國家級秭歸地質實習教學基地安排了4周的地質教學實習，進一步將野外觀察到的地質體和地質現象與課本知識結合。要求掌握野外地質工作方法，三大巖野外觀察方法，識別褶皺、斷層等構造現象，整理資料、繪制相關地質圖件，獨立編寫報告。2014年第一次使用野外數據采集儀，實現數字化采集及電子地質實習報告的編寫。

四、導師制和產學研相結合的創新人才培養模式

在教師指導下參加科研是創新人才培養的重要環節，對于激發學生創新意識、創新思維，提高動手能力有著重要的作用。為此構筑了多層次、多渠道的導師制和產學研相結合的創新人才培養模式。

多層次是指針對不同年級的學生開展不同類型的項目設計。通過導師與學生雙向選擇，低年級參與興趣引導、基本技能訓練為主的認識和設計型實踐，高年級參與項目或競賽的綜合型和研究型實踐。2014年所在專業學生參加全國計算機仿真大賽獲特等獎，2015年中國“互聯網+”大學生創新創業大賽湖北賽區復賽銀獎、銅獎各一項。

多渠道指產學研結合，打破單一的課內教學模式，將課外實踐納入人才培養體系。通過與企業合作建設實習基地，派遣學生參加實習，提高學生解決問題的能力。另外，通過校企互聘，將業界新技術引入課堂，跟蹤最新的技術前沿。目前已與國家級地球空間信息產業基地武大產業園地球空間信息產業聯盟、北京中交宇科、福建省地調院、武漢地大坤迪科技有限公司等單位簽訂了產學研合作協議。

導師制和產學研相結合的創新人才培養模式有利于理論、科研與實踐能力的全方位培養。

五、結語

培養“品德高尚、基礎厚實、專業精深、知行合一”的高素質本科畢業生是空間信息與數字技術專業的人才培養目標。自專業創辦以來，堅持以人才培養為核心，教學改革為驅動，努力探索地質信息技術復合型創新型人才培養模式。在制訂專業培養方案、優化課程體系、改革教學方法、構筑一體化實踐教學環節、實施導師制和產學研相結合的創新人才培養模式等方面做了大量有益的探索，相關工作將對地質科學與信息技術相關專業領域復合創新型人才培養模式有一定的示范和引領作用。

在未來的人才培養中還將在優化實習教學內容、研制基于CDIO項目庫、改革考核方式等方面進一步開展相關工作。

致謝：本文的研究受到省教學研究項目（2014148），校級教學項目（2014A52）的支助，在此一并致謝！

參考文獻：

[1]張愛國，鄔群勇，滿旺，朱曉鈴.復合型、應用型空間信息與數字工程創新人才培養模式實驗區建設與實踐[J].測繪與空間地理信息，2012，35（12）：15-18.

[2]袁瑩，鄔群勇.“空間信息與數字技術”新辦專業實踐教學體系構建[J].科技咨詢，2012，（01）：216-217.

[3]吳沖龍，劉剛，田宜平，張夏林，李偉忠.地礦勘查信息化與地礦信息科技學科建設[J].中國地質教育，2005，（01）：32-35.

[4]吳沖龍，毛小平，劉剛，田宜平，李偉忠，張夏林.論地質信息科學[J].地質科技情報，2005，24（03）：1-8.

[5]劉端陽，徐衛，劉志，王萬良.基于PBL的數據結構課程的融合式實驗教學[J].實驗技術與管理，2014，31（5）：225-229.

[6]胡文龍.基于CDIO理念的應用型計算機人才培養模式研究[J].2014，（01）：163-168.